એન્ટેના-રેક્ટિફાયર કો-ડિઝાઇન
આકૃતિ 2 માં EG ટોપોલોજીને અનુસરતા રેક્ટેનાની લાક્ષણિકતા એ છે કે એન્ટેના 50Ω સ્ટાન્ડર્ડને બદલે સીધા રેક્ટિફાયર સાથે મેળ ખાતી હોય છે, જેને રેક્ટિફાયરને પાવર કરવા માટે મેચિંગ સર્કિટને ઘટાડવા અથવા દૂર કરવાની જરૂર પડે છે. આ વિભાગ SoA રેક્ટેના નોન-50Ω એન્ટેના અને મેળ ખાતા નેટવર્ક વગર રેક્ટેનાના ફાયદાઓની સમીક્ષા કરે છે.
1. ઇલેક્ટ્રિકલી નાના એન્ટેના
એલસી રેઝોનન્ટ રિંગ એન્ટેનાનો ઉપયોગ એપ્લીકેશનમાં વ્યાપકપણે કરવામાં આવે છે જ્યાં સિસ્ટમનું કદ મહત્વપૂર્ણ છે. 1 GHz થી ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર, તરંગલંબાઇ પ્રમાણભૂત વિતરિત તત્વ એન્ટેનાને સિસ્ટમના એકંદર કદ કરતાં વધુ જગ્યા રોકી શકે છે અને શરીર પ્રત્યારોપણ માટે સંપૂર્ણ સંકલિત ટ્રાન્સસીવર્સ જેવી એપ્લિકેશનો ખાસ કરીને WPT માટે ઇલેક્ટ્રિકલી નાના એન્ટેનાના ઉપયોગથી લાભ મેળવે છે.
નાના એન્ટેના (નીર રેઝોનન્સ)ના ઉચ્ચ પ્રેરક અવરોધનો ઉપયોગ રેક્ટિફાયરને સીધો જોડવા માટે અથવા વધારાના ઓન-ચિપ કેપેસિટીવ મેચિંગ નેટવર્ક સાથે કરી શકાય છે. હ્યુજેન્સ ડીપોલ એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરીને 1 ગીગાહર્ટ્ઝની નીચે એલપી અને સીપી સાથે, ka=0.645 સાથે, જ્યારે ka=5.91 સામાન્ય ડીપોલ્સમાં (ka=2πr/λ0) ઇલેક્ટ્રિકલી નાના એન્ટેના નોંધાયા છે.
2. રેક્ટિફાયર કન્જુગેટ એન્ટેના
ડાયોડનો લાક્ષણિક ઇનપુટ અવબાધ અત્યંત કેપેસિટીવ હોય છે, તેથી સંયોજક અવબાધ હાંસલ કરવા માટે પ્રેરક એન્ટેના જરૂરી છે. ચિપના કેપેસિટીવ અવબાધને લીધે, RFID ટૅગ્સમાં ઉચ્ચ અવબાધ પ્રેરક એન્ટેનાનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. દ્વિધ્રુવીય એન્ટેના તાજેતરમાં જટિલ અવબાધ RFID એન્ટેનામાં એક વલણ બની ગયા છે, જે તેમની રેઝોનન્ટ આવર્તનની નજીક ઉચ્ચ અવબાધ (પ્રતિકાર અને પ્રતિક્રિયા) દર્શાવે છે.
ઇન્ડક્ટિવ દ્વિધ્રુવીય એન્ટેનાનો ઉપયોગ રસના ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં રેક્ટિફાયરની ઉચ્ચ ક્ષમતા સાથે મેળ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. ફોલ્ડ કરેલ દ્વિધ્રુવીય એન્ટેનામાં, ડબલ શોર્ટ લાઇન (દ્વિધ્રુવ ફોલ્ડિંગ) એક ઇમ્પીડેન્સ ટ્રાન્સફોર્મર તરીકે કામ કરે છે, જે અત્યંત ઊંચા ઇમ્પીડેન્સ એન્ટેનાની ડિઝાઇનને મંજૂરી આપે છે. વૈકલ્પિક રીતે, પૂર્વગ્રહયુક્ત ખોરાક પ્રેરક પ્રતિક્રિયા તેમજ વાસ્તવિક અવરોધને વધારવા માટે જવાબદાર છે. અસંતુલિત બો-ટાઈ રેડિયલ સ્ટબ્સ સાથે બહુવિધ પક્ષપાતી દ્વિધ્રુવી તત્વોનું સંયોજન ડ્યુઅલ બ્રોડબેન્ડ હાઈ ઈમ્પીડેન્સ એન્ટેના બનાવે છે. આકૃતિ 4 કેટલાક રિપોર્ટ કરેલ રેક્ટિફાયર કન્જુગેટ એન્ટેના બતાવે છે.
આકૃતિ 4
RFEH અને WPT માં રેડિયેશન લાક્ષણિકતાઓ
ફ્રીસ મોડેલમાં, ટ્રાન્સમીટરથી d અંતરે એન્ટેના દ્વારા પ્રાપ્ત પાવર PRX એ રીસીવર અને ટ્રાન્સમીટર ગેન્સ (GRX, GTX)નું સીધું કાર્ય છે.
એન્ટેનાની મુખ્ય લોબ ડાયરેક્ટિવિટી અને ધ્રુવીકરણ ઘટના તરંગમાંથી એકત્રિત શક્તિના જથ્થાને સીધી અસર કરે છે. એન્ટેના રેડિયેશન લાક્ષણિકતાઓ એ મુખ્ય પરિમાણો છે જે આસપાસના RFEH અને WPT (આકૃતિ 5) વચ્ચે તફાવત કરે છે. જ્યારે બંને એપ્લિકેશનમાં પ્રચાર માધ્યમ અજાણ હોઈ શકે છે અને પ્રાપ્ત તરંગ પર તેની અસર ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે, ટ્રાન્સમિટિંગ એન્ટેનાના જ્ઞાનનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. કોષ્ટક 3 આ વિભાગમાં ચર્ચા કરાયેલા મુખ્ય પરિમાણો અને RFEH અને WPT માટે તેમની લાગુ પડે છે તે ઓળખે છે.
આકૃતિ 5
1. ડાયરેક્ટિવિટી અને ગેઇન
મોટાભાગની RFEH અને WPT એપ્લિકેશન્સમાં, એવું માનવામાં આવે છે કે કલેક્ટર ઘટના રેડિયેશનની દિશા જાણતા નથી અને ત્યાં કોઈ લાઇન-ઓફ-સાઇટ (LoS) પાથ નથી. આ કાર્યમાં, ટ્રાન્સમીટર અને રીસીવર વચ્ચેના મુખ્ય લોબ સંરેખણથી સ્વતંત્ર, અજાણ્યા સ્ત્રોતમાંથી પ્રાપ્ત શક્તિને મહત્તમ કરવા માટે બહુવિધ એન્ટેના ડિઝાઇન અને પ્લેસમેન્ટની તપાસ કરવામાં આવી છે.
પર્યાવરણીય RFEH રેક્ટેનામાં સર્વદિશાયુક્ત એન્ટેનાનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. સાહિત્યમાં, એન્ટેનાના ઓરિએન્ટેશનના આધારે PSD બદલાય છે. જો કે, પાવરમાં ભિન્નતા સમજાવવામાં આવી નથી, તેથી તે નક્કી કરવું શક્ય નથી કે આ ભિન્નતા એન્ટેનાની રેડિયેશન પેટર્નને કારણે છે કે ધ્રુવીકરણની અસંગતતાને કારણે છે.
RFEH એપ્લીકેશન્સ ઉપરાંત, નીચી RF પાવર ડેન્સિટીની સંગ્રહ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા અથવા પ્રચારના નુકસાનને દૂર કરવા માટે માઇક્રોવેવ WPT માટે ઉચ્ચ-ગેઇન ડાયરેક્શનલ એન્ટેના અને એરેની વ્યાપકપણે જાણ કરવામાં આવી છે. યાગી-ઉડા રેક્ટેના એરે, બોટી એરે, સર્પાકાર એરે, ચુસ્ત રીતે જોડાયેલા વિવાલ્ડી એરે, CPW CP એરે અને પેચ એરે એ માપી શકાય તેવા રેક્ટેના અમલીકરણોમાંના છે જે ચોક્કસ વિસ્તાર હેઠળ ઘટના શક્તિ ઘનતાને મહત્તમ કરી શકે છે. એન્ટેના ગેઇનને સુધારવા માટેના અન્ય અભિગમોમાં માઇક્રોવેવ અને મિલીમીટર વેવ બેન્ડમાં સબસ્ટ્રેટ ઇન્ટિગ્રેટેડ વેવગાઇડ (SIW) ટેકનોલોજીનો સમાવેશ થાય છે, જે WPT માટે વિશિષ્ટ છે. જો કે, ઉચ્ચ-ગેઇન રેક્ટેના સાંકડી બીમવિડ્થ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, જે મનસ્વી દિશાઓમાં તરંગોના સ્વાગતને બિનકાર્યક્ષમ બનાવે છે. એન્ટેના તત્વો અને બંદરોની સંખ્યાની તપાસમાં નિષ્કર્ષ પર આવ્યો કે ઉચ્ચ ડાયરેક્ટિવિટી ત્રિ-પરિમાણીય મનસ્વી ઘટનાઓ ધારીને આસપાસના RFEH માં ઉચ્ચ લણણી કરેલ શક્તિને અનુરૂપ નથી; આ શહેરી વાતાવરણમાં ક્ષેત્ર માપન દ્વારા ચકાસવામાં આવ્યું હતું. ઉચ્ચ-ગેઇન એરે WPT એપ્લિકેશન્સ સુધી મર્યાદિત હોઈ શકે છે.
હાઇ-ગેઇન એન્ટેનાના લાભોને મનસ્વી RFEHs પર સ્થાનાંતરિત કરવા માટે, ડાયરેક્ટિવિટી સમસ્યાને દૂર કરવા માટે પેકેજિંગ અથવા લેઆઉટ સોલ્યુશન્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ડ્યુઅલ-પેચ એન્ટેના રિસ્ટબેન્ડ એમ્બિયન્ટ Wi-Fi RFEHsમાંથી બે દિશામાં ઊર્જા મેળવવા માટે પ્રસ્તાવિત છે. એમ્બિયન્ટ સેલ્યુલર RFEH એન્ટેના પણ 3D બોક્સ તરીકે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે અને સિસ્ટમ વિસ્તાર ઘટાડવા અને બહુ-દિશામાં લણણીને સક્ષમ કરવા માટે બાહ્ય સપાટીઓ પર પ્રિન્ટેડ અથવા વળગી રહે છે. ક્યુબિક રેક્ટેના સ્ટ્રક્ચર્સ એમ્બિયન્ટ RFEH માં ઊર્જાના સ્વાગતની ઉચ્ચ સંભાવના દર્શાવે છે.
2.4 GHz, 4 × 1 એરેમાં WPT સુધારવા માટે સહાયક પરોપજીવી પેચ તત્વો સહિત બીમવિડ્થ વધારવા માટે એન્ટેના ડિઝાઇનમાં સુધારા કરવામાં આવ્યા હતા. બહુવિધ બીમ વિસ્તારો સાથેનો 6 GHz મેશ એન્ટેના પણ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો, જે પોર્ટ દીઠ બહુવિધ બીમ દર્શાવે છે. મલ્ટિ-પોર્ટ, મલ્ટિ-રેક્ટિફાયર સરફેસ રેક્ટેના અને સર્વદિશા વિકિરણ પેટર્ન સાથે ઊર્જા લણણી કરનાર એન્ટેના મલ્ટિ-ડાયરેક્શનલ અને મલ્ટિ-પોલરાઇઝ્ડ RFEH માટે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે. બીમફોર્મિંગ મેટ્રિસીસ અને મલ્ટી-પોર્ટ એન્ટેના એરે સાથે મલ્ટી-રેક્ટિફાયર પણ ઉચ્ચ-લાભ, બહુ-દિશાયુક્ત ઉર્જા હાર્વેસ્ટિંગ માટે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે.
સારાંશમાં, જ્યારે નીચી RF ગીચતામાંથી મેળવેલી શક્તિને સુધારવા માટે ઉચ્ચ-ગેઇન એન્ટેનાને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે, જ્યાં ટ્રાન્સમીટરની દિશા અજાણ હોય (દા.ત., એમ્બિયન્ટ RFEH અથવા WPT અજ્ઞાત પ્રચાર ચેનલો દ્વારા) એપ્લીકેશનમાં અત્યંત દિશાસૂચક રીસીવરો આદર્શ ન હોઈ શકે. આ કાર્યમાં, મલ્ટિ-ડાયરેક્શનલ હાઇ-ગેઇન WPT અને RFEH માટે બહુવિધ મલ્ટી-બીમ અભિગમો પ્રસ્તાવિત છે.
2. એન્ટેના ધ્રુવીકરણ
એન્ટેના ધ્રુવીકરણ એન્ટેના પ્રચાર દિશાને સંબંધિત ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ વેક્ટરની હિલચાલનું વર્ણન કરે છે. ધ્રુવીકરણની અસંગતતા એન્ટેના વચ્ચેના ટ્રાન્સમિશન/રિસેપ્શનમાં ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે, પછી ભલે મુખ્ય લોબ દિશાઓ સંરેખિત હોય. ઉદાહરણ તરીકે, જો વર્ટિકલ એલપી એન્ટેનાનો ઉપયોગ ટ્રાન્સમિશન માટે કરવામાં આવે છે અને આડા એલપી એન્ટેનાનો ઉપયોગ રિસેપ્શન માટે કરવામાં આવે છે, તો કોઈ પાવર પ્રાપ્ત થશે નહીં. આ વિભાગમાં, વાયરલેસ રિસેપ્શન કાર્યક્ષમતા વધારવા અને ધ્રુવીકરણની મેળ ખાતી ખોટને ટાળવા માટેની જાણ કરાયેલી પદ્ધતિઓની સમીક્ષા કરવામાં આવી છે. ધ્રુવીકરણના સંદર્ભમાં સૂચિત રેક્ટેના આર્કિટેક્ચરનો સારાંશ આકૃતિ 6 માં આપવામાં આવ્યો છે અને ઉદાહરણ SoA કોષ્ટક 4 માં આપવામાં આવ્યું છે.
આકૃતિ 6
સેલ્યુલર કોમ્યુનિકેશન્સમાં, બેઝ સ્ટેશન અને મોબાઈલ ફોન વચ્ચે રેખીય ધ્રુવીકરણ સંરેખણ હાંસલ થવાની શક્યતા નથી, તેથી બેઝ સ્ટેશન એન્ટેનાને ધ્રુવીકરણની મેળ ખાતી ખોટને ટાળવા માટે દ્વિ-ધ્રુવીકરણ અથવા બહુ-ધ્રુવીકરણ માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે. જો કે, મલ્ટિપાથ ઇફેક્ટ્સને કારણે એલપી તરંગોનું ધ્રુવીકરણ ભિન્નતા એક વણઉકેલાયેલી સમસ્યા છે. મલ્ટિ-પોલરાઇઝ્ડ મોબાઇલ બેઝ સ્ટેશનની ધારણાના આધારે, સેલ્યુલર RFEH એન્ટેનાને LP એન્ટેના તરીકે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે.
સીપી રેક્ટેનાનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ડબલ્યુપીટીમાં થાય છે કારણ કે તે અસંગતતા માટે પ્રમાણમાં પ્રતિરોધક છે. CP એન્ટેના પાવર નુકશાન વિના તમામ LP તરંગો ઉપરાંત સમાન પરિભ્રમણ દિશા (ડાબા હાથે અથવા જમણા હાથે CP) સાથે CP રેડિયેશન પ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ છે. કોઈ પણ સંજોગોમાં, CP એન્ટેના પ્રસારિત થાય છે અને LP એન્ટેના 3 ડીબી નુકશાન (50% પાવર નુકશાન) સાથે મેળવે છે. સીપી રેક્ટેના 900 મેગાહર્ટઝ અને 2.4 ગીગાહર્ટ્ઝ અને 5.8 ગીગાહર્ટ્ઝ ઔદ્યોગિક, વૈજ્ઞાનિક અને તબીબી બેન્ડ તેમજ મિલિમીટર તરંગો માટે યોગ્ય હોવાનું નોંધાયું છે. મનસ્વી રીતે ધ્રુવીકૃત તરંગોના RFEH માં, ધ્રુવીકરણની વિવિધતા ધ્રુવીકરણની મેળ ખાતી ખોટ માટે સંભવિત ઉકેલ રજૂ કરે છે.
સંપૂર્ણ ધ્રુવીકરણ, જેને બહુ-ધ્રુવીકરણ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, ધ્રુવીકરણની મેળ ખાતી ખોટને સંપૂર્ણપણે દૂર કરવા માટે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો છે, જે CP અને LP બંને તરંગોના સંગ્રહને સક્ષમ બનાવે છે, જ્યાં બે દ્વિ-ધ્રુવીકરણ ઓર્થોગોનલ LP તત્વો અસરકારક રીતે તમામ LP અને CP તરંગો પ્રાપ્ત કરે છે. આને સમજાવવા માટે, ધ્રુવીકરણ કોણને ધ્યાનમાં લીધા વિના વર્ટિકલ અને હોરીઝોન્ટલ નેટ વોલ્ટેજ (VV અને VH) સ્થિર રહે છે:
CP ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ "E" ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ, જ્યાં પાવર બે વાર (એક યુનિટ દીઠ એક વાર) એકત્રિત કરવામાં આવે છે, ત્યાંથી CP ઘટક સંપૂર્ણપણે પ્રાપ્ત થાય છે અને 3 dB ધ્રુવીકરણ મિસમેચ નુકસાનને દૂર કરે છે:
અંતે, ડીસી સંયોજન દ્વારા, મનસ્વી ધ્રુવીકરણના ઘટના તરંગો પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આકૃતિ 7 અહેવાલ થયેલ સંપૂર્ણ ધ્રુવીકૃત રેક્ટેનાની ભૂમિતિ દર્શાવે છે.
આકૃતિ 7
સારાંશમાં, સમર્પિત પાવર સપ્લાય સાથે WPT એપ્લિકેશન્સમાં, CP પસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે તે એન્ટેનાના ધ્રુવીકરણ કોણને ધ્યાનમાં લીધા વિના WPT કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે. બીજી બાજુ, મલ્ટી-સોર્સ એક્વિઝિશનમાં, ખાસ કરીને આસપાસના સ્ત્રોતોમાંથી, સંપૂર્ણ પોલરાઇઝ્ડ એન્ટેના વધુ સારી રીતે એકંદર સ્વાગત અને મહત્તમ પોર્ટેબિલિટી પ્રાપ્ત કરી શકે છે; મલ્ટી-પોર્ટ/મલ્ટી-રેક્ટિફાયર આર્કિટેક્ચરને RF અથવા DC પર સંપૂર્ણ પોલરાઇઝ્ડ પાવરને જોડવા માટે જરૂરી છે.
સારાંશ
આ પેપર RFEH અને WPT માટે એન્ટેના ડિઝાઇનમાં તાજેતરની પ્રગતિની સમીક્ષા કરે છે, અને RFEH અને WPT માટે એન્ટેના ડિઝાઇનના પ્રમાણભૂત વર્ગીકરણની દરખાસ્ત કરે છે જે અગાઉના સાહિત્યમાં સૂચિત કરવામાં આવી નથી. ઉચ્ચ આરએફ-ટુ-ડીસી કાર્યક્ષમતા હાંસલ કરવા માટે ત્રણ મૂળભૂત એન્ટેના આવશ્યકતાઓને ઓળખવામાં આવી છે:
1. રસ ધરાવતા RFEH અને WPT બેન્ડ માટે એન્ટેના રેક્ટિફાયર ઇમ્પીડેન્સ બેન્ડવિડ્થ;
2. સમર્પિત ફીડમાંથી WPT માં ટ્રાન્સમીટર અને રીસીવર વચ્ચે મુખ્ય લોબ ગોઠવણી;
3. કોણ અને સ્થિતિને ધ્યાનમાં લીધા વિના રેક્ટેના અને ઘટના તરંગ વચ્ચે ધ્રુવીકરણ મેચિંગ.
અવબાધના આધારે, રેક્ટેનાઓને 50Ω અને રેક્ટિફાયર કન્જુગેટ રેક્ટેનામાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, જેમાં વિવિધ બેન્ડ્સ અને લોડ વચ્ચેના ઇમ્પીડેન્સ મેચિંગ અને દરેક મેચિંગ પદ્ધતિની કાર્યક્ષમતા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે.
ડાયરેક્ટિવિટી અને ધ્રુવીકરણના પરિપ્રેક્ષ્યમાં SoA રેક્ટેનાસની રેડિયેશન લાક્ષણિકતાઓની સમીક્ષા કરવામાં આવી છે. સાંકડી બીમવિડ્થને દૂર કરવા માટે બીમફોર્મિંગ અને પેકેજીંગ દ્વારા નફો વધારવા માટેની પદ્ધતિઓની ચર્ચા કરવામાં આવી છે. અંતે, WPT અને RFEH માટે ધ્રુવીકરણ-સ્વતંત્ર સ્વાગત પ્રાપ્ત કરવા માટે વિવિધ અમલીકરણો સાથે, WPT માટે CP rectenas ની સમીક્ષા કરવામાં આવે છે.
એન્ટેના વિશે વધુ જાણવા માટે, કૃપા કરીને મુલાકાત લો:
પોસ્ટ સમય: ઓગસ્ટ-16-2024
